2.山东万友节能环保科技有限公司
【摘 要】文章主要根据项目所在地的环保政策，滕东煤矿正在使用的燃煤锅炉必须停止使用。燃煤锅炉属于压力容器，且使用过程中能源浪费严重，运行费用高，环保排放不达标，严重污染环境。为了解决滕东煤矿的地面建筑供暖、空调，井筒防冻及洗浴热水加热的需求，根据滕东煤矿的具体特点，研究矿井余热（包括矿井回风余热、压风机余）的超高效回收利用技术，替代原燃煤锅炉供暖。系统无压力容器，安全性高，节能效果明显，运行费用低。
【关键词】滕东煤矿；风风换热；矿井回风预源；空压机余热
0.引言
滕东煤矿井下热害严重，夏季矿井回风不宜作为空调机组的冷源，回风换热系统需要具有夏季及春秋季节自动切换功能，以减少矿井通风机的运行阻力。滕东煤矿主井兼做回风井，矿井回风内的粉尘量较大，换热系统具备一定的防粉尘污垢的能力。通风机出口离副井的距离约130m，采用世界首创的“风-风直接换热加热系统”该技术无可参考的案例，设计制造难度大。通风机出口场地小，无法安装常规的风水喷淋热交换器，研发使用了全新一代的无阻力模块式矿井回风风-水换热热交换器。由于水质较差，用于洗浴热水加热的加热器具有较强的防结垢功能。洗浴热水加热后放入水池，不同于锅炉蒸汽加热，研发使用自动恒温系统。
1. 矿井回风余热直接利用技术
根据煤矿企业冬季供热负荷的特点，井筒防冻热负荷一般约占总热负荷的50%左右。采用“矿井回风源热泵技术”间接的利用矿井回风低品味的余热，必须损耗一部分的高品位的电能，且需要大量投资机电设备及土建工程，后期运行维护工作量也相对较大。因此，研究矿井回风低温余热直接的使用技术用于煤矿企业井筒防结冰，有重大的节能意义。矿井回风直接利用的原理为，采用研发的“风——风换热器”，利用18℃左右的矿井回风直接加热-10℃的新鲜冷空气，将冷空气加热至13℃左右，由专用的输送风道送入进风井井口房。被新风吸收热量后矿井回风温度降为5℃左右排放。该系统在热能置换环节无需消耗额外的能量，实现井筒防冻系统在冷风加热过程的运行费用为零。
1.1技术原理
矿井回风空气进入间壁式冷却器内，当间壁式冷却器表面温度低于矿井回风的露点温度，矿井回风中的水蒸气就会凝结，从而在间壁式冷却器外表形成一层流动的水膜。紧靠水膜处为矿井回风的界限层，可以认为与水膜相近的饱和回风层的温度与间壁式冷却器外表上的水膜的温度大约相等。因此，矿井回风的主体部分与间壁式冷却器表面的热交换是由矿井回风的主流和凝结的水膜中间存在的温差（t-ti ）而产生的，质交换是因为矿井回风主体和凝结水膜附近的饱和回风层当中的水蒸气的分压力差，即含湿量之差（d-di ）而引起的。这是根据麦凯尔（Merkel ）方程计算得出的结果。间壁式换热器与矿井回风换热时，与矿井回风进行热交换的介质（新风）不与矿井回风直接接触，热交换是利用间壁式换热器的金属面壁来实现的。矿井回风与被加热介质（新风）的流动方式一般为逆流或逆交叉流。
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2. 矿井回风余热间接利用技术
矿井回风低温余热间接利用“矿井回风源热泵系统技术”，使用喷淋技术换热，从矿井回风中提取热量到系统的换热循环水中，利用制冷空调机的反方向工作的原理（制热）冬季从18℃左右的矿井回风中吸收热量，制得45℃左右的热水用于采暖供热。夏季利用制冷空调机组的正向工作原理（制冷），向18℃左右的矿井回风中排放热量，制取7℃左右的冷冻水用于空调制冷降温。该系统消耗每1KW的电能同时可以从矿井回风中提取3-4KW的低品味的热能，总共生产出4-5KW的供暖能力。
2.1技术原理
“矿井回风源热泵系统技术”，使用喷淋技术换热，从矿井回风中提取热量到系统的换热循环水中，利用制冷空调机的反方向工作的原理（制热）冬季从18℃左右的矿井回风中吸收热量，制得45℃左右（高温型热泵机组出水温度可达60℃）的热水用于采暖供热。夏季利用制冷空调机组的正向工作原理（制冷），向25℃左右的矿井回风中排出热量，制取7℃左右的冷冻水用于空调制冷降温。该系统消耗每的电能同时可以从矿井回风中提取3~5kW的低品味的热能，总共生产出4~6kW的供暖能力。
3. 压风机余热自除垢回收技术
利用闭式纯净循环水与螺杆压风机的压缩机油换热，纯净循环水被70℃的压缩机油加热至60℃左右，送入安装于热水箱下部的闭式自清洗弹簧式换热器中，加热水箱的自来水至45℃以上用于洗浴，彻底解决传统的压风机余热系统的水质差、易结垢、系统复杂无法稳定运行等问题。进入水箱的自来水与压风机的空气冷却器进行换热，将自来水预热收进入水箱，进一步提高系统的产水率。该系统实现洗浴热水加热过程的运行费用为零。
3.1技术原理
在空压机原油路系统的出口分别加装三通电磁阀，将机油引出后通过换热器实现换热。保留原有冷却系统，即空压机余热回收系统与原有冷却系统并联。换热管采用弹簧盘管式，水流的冲刷作用使管能自由伸缩，胀缩自如，因而不易结水垢，若在长期使用过程中，积累了少量水垢，通过管子的膨胀（钢铁与水垢的的膨胀系数不一样），将能自动脱垢，因而长期使用换热能力不下降，效果良好。
4.结语
项目采用合同能源管理的模式进行合作，合同期为系统建成正式运行之日起6年，合同期内项目设计、建设、运行、维护、管理皆由承包方承担，矿方不投资，不承担建设维护和运行费用及风险。风风换热系统每40KW电能可以产生2100KW热量，能效比为50，热泵机组单台290KW电能可以产生1440KW热量，能效比为4.96。年减少用煤量4325吨，减少CO210.42吨、SO233.83吨。直接增加效益302.75万元/年，预计完成节能量3980吨标煤。采用矿井回风余热、压风机余热等废热资源实现滕东煤矿取消燃煤锅炉。满足冬季供暖面积约41411㎡，夏季供冷面积约29014㎡，副井筒进风温度≥2℃，洗浴热水满足600人次/天。
参考文献
[1].山东美天能源科技有限公司，高效防垢恒温型空压机余热回收系统，中国，实用新型专利，ZL 2017 2 1855930.0
[2]. 朱晓彦，一种高效低阻力矿井回风换热器，中国，实用新型专利，ZL 2013 2 0711110.X
[3]. 朱晓彦，《矿井地热能利用装置》
论文作者:徐发涛1,,朱晓彦2
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/19
标签：矿井论文; 回风论文; 余热论文; 系统论文; 换热论文; 技术论文; 井筒论文; 《当代电力文化》2019年第09期论文;